底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

粘滞耗能基础隔震结构分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了一个5层框架结构分析模型,对比分析了基础固定结构、基础隔震结构和粘滞耗能隔震结构地震反应。结果表明,基础隔震结构地震反应显著小于基础固定结构,在隔震层加设粘滞阻尼装置后,上部结构减震效果与未加设阻尼器隔震结构相近,但隔震层位移可显著减小。     

脉冲型地震非线性粘滞阻尼隔震结构分析

选用实际的近断层脉冲型地震记录作为输入,研究了非线性粘滞阻尼对铅芯橡胶隔震结构的减震效果。分析表明,非线性粘滞阻尼对于减小隔震层位移始终是有利的,但是过大的阻尼参数会导致上部结构的加速度反应大幅增加;当广义阻尼系数不超过某一阈值时,速度指数的变化对上部结构影响很小,但较小的速度指数更利于控制隔震层大幅位移。     

相邻结构连接阻尼器设计参数优化研究

对粘滞阻尼器连接四个方形布置的相邻结构的地震反应进行分析,优化了相邻结构间设置阻尼器的阻尼参数。在四条不同地震波作用下,分别对不同质量比和不同刚度比的相邻结构在无阻尼器连接和有阻尼器连接情况下的地震反应进行分析。文中以结构在地震波作用下顶层最大相对位移最小为优化目标。通过试值计算,寻求对应的最优阻尼系数,并对相邻结构质量比、刚度比与最优阻尼系数关系分别进行比较分析,得出最优阻尼系数与质量比和刚度比的两个关系式。最后,用一个算例模型对公式的合理性进行了验证。     

钢-混凝土混合结构减振理论与试验分析

采用双质点模型,建立钢-混凝土混合结构的非线性运动方程,并通过设置橡胶隔震支座及阻尼器和支座的不同组合方式,对结构进行振动台试验。试验表明,橡胶隔震支座对隔震层和上部结构的加速度及位移均能起到很好的控制作用;在上部结构加设粘滞阻尼器后,隔震层的加速度和位移均有所减小,但减小幅度不大,而顶层的加速度和位移均出现大幅度减小,说明在设置隔震支座的基础上,通过粘滞阻尼器的布置能达到较好的减震效果。     

某超高层框架-核心筒结构减震性能研究

框架-核心筒拥有较好的抗震效果,整体性、刚度较好,但是在强震作用下水平位移较大,为减少结构的地震响应,文中分析某超高层框架-核心筒结构采用粘滞阻尼器的减震性能。采用MIDAS GEN杆系有限元软件对某超高层框架-核心筒结构进行PUSH-OVER分析,得到该结构薄弱层位置。分别在薄弱层、薄弱层中间楼层和薄弱层与薄弱层的中间楼层3种方案设置粘滞阻尼器对结构进行PUSH-OVER分析,对比原结构和3种布置阻尼器之后的层间位移和层间位移角。分析结果表明将粘滞阻尼器安装在非薄弱层减震效果不佳,阻尼器并非安装越多越好,将粘滞阻尼器放置在薄弱层减震效果是最好的,为同类工程减震设计提供理论支撑。     

框架结构抗震、隔震和减振控制的对比分析

运用有限元分析软件MIDAS／GEN建立典型三维多层钢框架模型,对设置铅芯橡胶支座基础隔震结构和粘弹性阻尼器结构分别进行双向水平地震作用下非线性时程分析。与传统抗震方法比较,讨论隔震结构和黏弹性阻尼结构的减震效果。在力学性质方面,结构在隔震和设置黏弹性阻尼器时,其顶层加速度峰值、顶层位移、相对位移、基底剪力等均有较大幅度地降低,表现出良好的隔震和减震效果。在经济性方面,隔震结构和黏弹性阻尼结构能够通过减小构件截面,减轻结构重量,达到经济的目的。在抗震可靠度方面,基础隔震结构更能表现出优越性。     

基于组合支座的大底盘双塔隔震结构性能研究

采用弹性时程方法,对采用带铅芯的橡胶隔震支座与滑动隔震支座的组合布置形式的大底盘双塔高层隔震结构进行地震响应分析。主要包括结构的减震系数、结构层间位移曲线等。带铅芯的隔震支座主要布置在框架柱下,滑动隔震支座与橡胶隔震支座主要联合布置于中心核心筒下。结果表明,在多遇地震作用下,带铅芯的隔震支座可以提供有效的结构刚度及阻尼,滑动隔震支座可以最大程度的将地震能量转化为动能,高效率的调节隔震层的整体刚度。通过支座的合理布置形式,隔震结构的地震作用显著降低,水平减震效果非常明显。层间位移主要集中在隔震层,上部结构呈现为明显的整体平动。     

新建减震结构优化设计方法

基于隔震理论提出减震结构优化设计方法,对某8度区11层框架结构进行了减震设计,通过附加粘滞阻尼器达到设防目标,根据振型分析调整隔震层层高,使安装阻尼器楼层位置降低至底部2层;将选取的7组加速度时程曲线分为4种工况,采用ETABS对减震结构进行了多遇地震作用下的时程分析,比较了各工况下阻尼器耗能总量和最大层间位移角。研究结果表明:将主体结构与减震装置看作有机整体对减震结构进行设计可取得较好的减震效果;将隔震层主体结构抗侧刚度作为减震装置设计参数,使隔震层基本周期与场地特征周期相等可取得最佳减震效果。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

对称双塔连体结构采用粘滞流体阻尼器的消能减震分析

根据双轴对称双塔连体结构在水平地震作用下的受力和变形特点,在连体位置设置斜向粘滞流体阻尼器对结构进行消能减震。分析了结构各种响应随阻尼系数的变化情况,结果表明存在一个最优的阻尼系数使得结构的响应取得最小值。在对阻尼系数进行优化的基础上,详细研究了结构在小震和大震下的减震效果,计算表明,在采用最优阻尼系数的条件下,结构的最大层间剪力、层间相对位移和楼层位移等各指标都有较好的减震效果。但在大震作用下,由于结构进入塑性后本身的阻尼比增加了,阻尼器的耗能比例相对降低,其减震效果没有小震时明显。     

半柔性悬挂减振结构体系地震反应分析

针对一种新型高层建筑半柔性悬挂结构体系提出阻尼减振控制的方案。首先,阐述了结构体系构建方案及优越性;其次,以主体结构的时程响应最大值最小为控制目标,对粘滞流体阻尼器的阻尼系数进行优化分析;最后,基于最优的阻尼器参数,对半柔性悬挂减振结构与普通悬挂抗震结构进行了时程对比分析。结果表明:半柔性悬挂减振结构能够有效地消弱结构的峰值响应;存在最优的阻尼系数使得主体结构的顶点位移和基底剪力动力响应最小;悬挂楼段保持较小层间位移,有效发挥了各层阻尼器的效率,保护了非结构构件。     

Optimum viscous dampers for stiffness design of shear buildings

The problem in this paper is to find the optimum sets of story stiffnesses and of damping coefficients of the dampers of an elastic planar shear building with viscous dampers (SBVD model) subject to constraints on maximum interstory drifts due to a set of spectrum-compatible earthquake motions, on upper bounds for each damping coefficient of dampers, and on the sum of damping coefficients of dampers. Two basic characteristics of an ordered set of optimum SBVD designs have been disclosed: (1) greater damping coefficients are distributed within the specified upper bounds among the dampers placed on stories with greater interstory drifts; (2) the effect on stiffness reduction of the optimization of the damping coefficients of dampers from an initial design of an SBVD model with uniform dampers is greater when non-uniform maximum interstory drifts with larger differences between the minimum and maximum values are specified. A design guideline for the effective configuration of viscous dampers for stiffness design of an SBVD model is proposed.     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

宿迁市人防指挥大楼隔震设计方法研究

宿迁市人防指挥大楼位于地震高烈度区,钢筋混凝土框架-剪力墙结构,地上13层,高48.9m。该工程采用基础隔 震技术设计,为我国目前最高的隔震建筑之一。隔震层布置在地下室顶板和±0.00楼面之间,由橡胶隔震支座、滑移支座 和粘滞阻尼器组成,共采用了53只橡胶隔震支座、12只滑移支座,沿结构的两个主轴方向共设置4只非线性粘滞阻尼 器。分析结果表明,采用基础隔震措施可显著降低上部结构的地震作用;设置粘滞消能器能较好地解决降低上部结构地震 作用和限制隔震层位移之间的矛盾。在本工程中采用基础隔震技术,具有明显的技术经济效益。     

Iterative step‐by‐step procedure for optimal placement and design of viscoelastic dampers to improve damping ratio

In this study, an iterative step‐by‐step procedure is proposed for optimal placement and design of viscoelastic dampers in order to achieve a target damping ratio based on simple equations and quick estimation. Through the procedure, the dampers are placed one by one in stories with maximum interstory drift at each sequence. Effect of lateral stiffness of added dampers and consequent changes in frequency of the structure as well as changes in damping characteristic of the structure after adding each damper are also considered at each sequence. In order to achieve an economical design, dampers are designed according to the lateral stiffness at each story of the main structure instead of using identical dampers in all stories. During the whole procedure, a time‐history analysis is performed at each sequence. Two numerical examples, including an 8‐story and a 15‐story building, are presented. The results indicate that optimal arrangement of dampers has a considerable influence on reduction of roof displacement up to 25% compared to uniformly distributed arrangement of dampers. In addition, with optimal arrangement, the number of dampers needed to achieve a specific interstory drift is significantly reduced, and the structural damping ratio is improved to a target value, reflecting global optimality of the proposed method.     

结构半主动变阻尼控制的可行性研究

作为半主动控制系统经典范例之一,变阻尼系统得到了广泛的应用,然而,近来的研究显示,仍需对其控制性能重新认识。本文以一个在基础隔震层设置半主动变阻尼器的6层结构作为算例,通过数值模拟,讨论了粘性变阻尼控制系统可能成立的基本条件和适用范围。计算结果显示,在一般情况下,相比被动阻尼控制,半主动变阻尼控制并不能明显提高控制效果,甚至有所不及,需要慎重考虑。     

Progressive collapse resisting capacity of moment frames with viscous dampers

In this paper, the effect of viscous dampers on reducing progressive collapse potential of steel moment frames was evaluated by nonlinear dynamic analysis. Parametric studies were conducted first to evaluate the effects of dampers installed in a steel beam‐column subassembly with varying natural period and yield strength on the reduction of progressive collapse potential. Then 15‐story moment‐resisting frames with three different span lengths were designed with and without viscous dampers, and the effect of viscous dampers was investigated by nonlinear dynamic analysis. According to the parametric study, the vertical displacement generally decreased as the damping ratio of the system increased, and the dampers were effective in both the elastic and the elasto‐plastic systems. It was also observed that the effect of the damper increased as the natural period of the structure increased and the strength ratio decreased. The analysis results of 15‐story analysis model structures showed that the viscous dampers, originally designed to reduce earthquake‐induced vibration, were effective in reducing vertical displacement of the structures caused by sudden removal of a first‐story column, and the effect was more predominant in the structure with longer span length. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.